プロセスオートメーションI/Oシステム：市場動向、分散化、Ethernetベースのフィールド接続

主要用語の定義

• NOA（NAMURオープンアーキテクチャ） - オートメーション技術ユーザー協会（NAMUR）が開発。既存計器に並列通信チャネル（無線、Bluetooth、4G/5G等）を追加し、プライマリ制御信号を妨げることなく「孤立データ」を取得可能にする。
• Ethernet-APL™（Advanced Physical Layer） - メーカーとOPCの共同開発による新標準。フィールド計器へのEthernet接続を実現し、長距離ケーブル敷設と単一ペアでの電力・データの本質安全防爆をサポート。
• OPC UA（Unified Architecture） - OPC財団のオープンでプラットフォーム非依存のプロトコル。安全で相互運用可能なM2M通信を実現。
• MTP（モジュールタイプパッケージ） - NAMURが策定中の標準。モジュール特性を記述する汎用言語を提供し、メーカー間のシームレスな統合を可能にする。

市場規模と主要プレイヤー

世界のプロセスI/Oシステム市場は30億ドル強と評価され、CAGR約3.7%で成長中（業界レポートベース）。主要ベンダーのシェアは以下の通り：

• Siemens - 14%
• ABB - 10%
• Honeywell - 9%
• Rockwell Automation - 8%

プロセスオートメーションI/Oの現在のトレンド

• 分散化 - フィールドのリモートI/Oステーションが配線複雑性を低減し、システムレジリエンスを向上。
• 従来型フィールドバスの衰退 - センサーをI/O端子台に直接配線することで、クロス配線キャビネットを排除。
• ユニバーサル（レイトバインディング）I/O - 設定可能なモジュールが迅速なシステム納入と後期段階でのフィールド配線を実現。
• インテリジェントセンサー - 高分解能データが高度制御、リモート診断、資産管理を支援。
• Ethernetベースのフィールド接続 - PROFINETとEthernet-APL™が高速・決定論的通信へのシフトを牽引。

LinkedIn投票結果（オートメーションコミュニティ）では、リモートI/Oステーションが最優先事項である一方、ユニバーサルI/Oは計装エンジニアとISA会員の間で低評価でした。意外にもフィールドバスの使用がグループ全体で第2位にランクイン。

• 

• 

• 

プラントフィールドバスが衰退する理由

分散化が長らくフィールドバスの採用を牽引してきましたが、その採用は減少しています。例えば石油・ガス分野では、エンジニアが従来型4-20mA HARTをFoundation Fieldbus（FF）より選ぶ理由として以下を挙げています：

• 危険区域では配線削減によるコストメリットが最小限。
• フィールドバス設置には複雑なアース、グラウンディング、技術サポートが伴う。
• 並列データチャネル（NOA等）とHARTがすでにリモート診断と資産管理を提供。

無線ソリューションは低スキャン・非制御測定向けに普及しつつありますが、電力要件が配線削減メリットを相殺する可能性があります。

PROFIBUS：生き残ったフィールドバス

PROFIBUSは石油・ガス以外で依然として人気があり、モーター制御センターや可変速ドライブを駆動しています。PROFINETへの進化により決定論的Ethernet速度を実現し、リモートI/Oに最適です。

ユニバーサルI/Oの台頭（と限界）

分散化がリモートI/Oを牽引する一方で、ユニバーサルモジュールはDCSベンダーによってメインコントロールルームにますます導入されています。メリットには：

• 納期短縮と早期フィールド配線の実現。
• プロジェクト後期でのI/O再設定の柔軟性。

しかし、ユニバーサルシステムには制約もあります：

• 多様なI/Oタイプ（本質安全、冗長性、SIL、ガルバニック絶縁）への対応が限定的。
• 専用モジュールと比較してチャネルあたりコストが高い。
• 密度が低い（55-140 I/O/m）対 固定I/O（400-500 I/O/m）。

コスト効率：固定I/O vs ユニバーサルI/O

高密度固定モジュールは、特にリモート設置でプラント配線を削減しフットプリントを縮小する場合、より経済的です。専用I/Oとユニバーサルバックプレーンの組み合わせで、両方の利点を得られる場合があります。

例：Siemens ET200SP HA I/Oは単一キャビネットで最大896信号をサポート。汎用バックプレーンに挿入して直前の再設定に対応し、設定可能な16チャネルカードが最後の10%の変更を処理します。

ダイレクト接続キャビネット：56 I/Oモジュール（最大896 I/O）、800 × 2000 mm（幅 × 高さ）

主な特長

• 片側アクセス、奥行き400mm
• 周囲温度 -20℃～+40℃
• 120/230V AC冗長電源
• 最大2.5mm²までの直接接続
• 銅線またはファイバーによるPROFINET
• 最大56本のフィールドケーブル（直径20mm）をサポート

1 - 投入MCBおよびRCB
2 - AC/DC SITOP PSU 8200 40A (Siemens, 6EP3334-8SB00-0AY0)
3 - 冗長モジュール SITOP PSE202U (Siemens, 6EP1961-3BA21)
4 - 電力分配 & カートリッジヒューズ
5 - オプションハードウェア (例: SCALANCE XC206-2-SFP, Siemens, 6GK5 206-2Bs00-2AC2)
6 - T 200SP HA インターフェースモジュールおよびバスアダプタ付き
7 - 予備線 & アース端子
8 - ケーブル固定 & シールドプロファイル
9 - ケーブルダクト

EPCとレイトバインディングI/O

エンジニアリング・調達・建設（EPC）企業は、レイトバインディングを好みます。これは典型的なプロジェクトシーケンス（計装が配管、機械、プロセス設計の後に確定）と整合するためです。ハードウェアとソフトウェアの分離により、早期のDCS設定と迅速なフィールド展開が可能になります。

Ethernetベースのフィールド接続

スマートセンサーが直接Ethernetに接続することで、別途I/Oバスの必要性が低減しています。PROFINETと今後登場するEthernet-APL™ソリューションが、リモートI/Oおよび個別計器アクセスに適した高速・決定論的リンクを提供します。

ユニバーサル・プラグアンドプロデュースソリューション

Siemens Compact Field Unit（CFU）がこのアプローチを例証します。PROFINET（将来的にはEthernet-APL™）を使用し、最大8台のPROFIBUS PA計器をリモートで分配し、各ポートを自動認識します。これにより柔軟性が向上し、配線が削減され、PROFIBUS PAの採用が活性化します。

計器からMTPへ：統合的視点

スマート計器はモジュールパッケージへと進化しています。NAMURのMTPはグリーンフィールドプロジェクト向けの標準化された記述を提供し、NOAはブラウンフィールドサイトに必要な並列通信チャネルを提供します。これらは共に、シームレスなOPC UAベースのオートメーション環境への道を開きます。

MTPモジュラーオートメーションとNOA NAMURオープンアーキテクチャは相補的

結論

1. 分散化が主流を占め続けるが、フィールドバスの衰退とユニバーサルI/Oの台頭は業界のニュアンスを示す。
2. Foundation Fieldbusは技術的複雑さとレガシー問題により採用が減少。
3. PROFIBUSは電気システムへの統合により、石油・ガス以外で依然として普及。
4. EPCは納入加速と早期配線のためレイトバインディングI/Oを好む。
5. 高密度固定I/Oは、ユニバーサルソリューションよりもコスト効率と空間効率に優れることが多い。
6. 固定リモートI/O、ユニバーサルモジュール、NOA、Ethernet-APL™のすべてのアプローチが当面共存し、支配的な戦略は時間とともに明らかになる。

オートメーションエコシステムの進化にご注目ください。